CS273410B1 - Heat exchanger with gravitational thermal tubes - Google Patents

Description

Vynález se týká výměníku tepla s gravitačními tepelnými trubicemi, u něhož tepelné trubice mají rozšířený povrch a jsou umístěny výparným koncem ve větvi horkého chladicího prostředí a kondenzačním koncem ve větvi studeného chladicího prostředí.

Výměník tepla tohoto druhu se používá zejména pro chlazení vzduchu v primárním chladicím okruhu zavřeného elektrického stroje točivého, tedy ve větvi horkého chladicího prostředí, z níž se teplo odvádí tepelnými trubicemi do sekundárního chladicího okruhu, tedy do větve studeného chladicího prostředí, kde proudí vzduch z vnějšího prostředí.

Pokud má elektrický stroj točivý jednostranný závislý ventilační systém, což znamená, že chladicí prostředí primárního okruhu, zpravidla vzduch, ale například i vodík, u jednoho štítu elektrického stroje točivého do stroje vstupuje a u druhého štítu stroje ze stroje vystupuje, přičemž ventilátory primárního i sekundárního chladicího okruhu jsou nasazeny na hřídeli stroje, mívá výměník tepla převážně souproudé uspořádání. Oba ventilátory jsou totiž umístěny na stejné, přední straně stroje, aby vzdálenost ložiska a čepu hřídele stroje byla od aktivního tělesa rotoru stroje na zadní straně elektrického stroje točivého co nejmenší z důvodu mechanického namáhání hřídele stroje. Chladicí prostředí z obou radiálních ventilátorů, umístěných blízko vedle sebe na hřídeli stroje, vstupuje bezprostředně do výměníku tepla, jehož konstrukce je z důvodu jednoduchosti souproudého typu. Z hlediska termické účinnosti a rovnoměrného využití chladicích ploch tepelných trubic není však obecně toto souproudé uspořádání výměníku tepla výhodné.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny u výměníku tepla podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že délka tepelných trubic a jejich počet v rovnoběžných řadách se zvětšuje směrem k výstupům proudů obou chladicích prostředí.

Výhodou výměníku tepla podle vynálezu zejména je, že prodlužováním tepelných trubic a zvětšováním jejich počtu v rovnoběžných řadách se dosahuje zrovnoměrnění přenášeného tepelného výkonu v řadách tepelných trubic, následujících ve směru proudů chladicích prostředí za sebou. Patřičně prodloužená tepelná trubice, vložená v místě menšího teplotního rozdílu mezi teplotou proudu horkého chladicího prostředí a teplotou proudu studeného chladicího prostředí, může přenášet stejný tepelný výkon jako kratší tepelná trubice, vložená v místě většího teplotního rozdílu proudů obou chladicích prostředí. Řešení podle vynálezu má ještě tu výhodnou vlastnost, že se malý vstupní ventilační průřez, odpovídající ventilačnímu průřezu výstupního otvoru z elektrického stroje točivého, postupně ve výměníku tepla podle vynálezu rozšiřuje a přitom se zaplňuje větším počtem tepelných trubic tak, aby zůstal volný ventilační průřez mezi tepelnými trubicemi zachován a tím zachována rychlost proudění obou chladicích prostředí mezi tepelnými trubicemi, tedy zachován i součinitel přestupu tepla. Ve ventilačním -průřezu výměníku tepla podle vynálezu je potom rozdělení proudů obou chladicích prostředí rovnoměrnější než v případě jeho náhlého rozšíření z malého výstupního ventilačního průřezu stroje do velkého ventilačního vstupního průřezu známého řešeni souproudého výměníku tepla se stejným počtem tepelných trubic konstantní délky v každé -řadě, jak je dosud svazek tepelných trubic u těchto stávajících souproudých výměníků tepla navrhován. Při rovnoměrném rozdělení proudů obou chladicích prostředí ve směru rozšiřujícího se průřezu výměníku tepla podle vynálezu se také dociluje nejmenší hydraulický odpor proudění obou chladicích prostředí výměníkem tepla. Hydraulický odpor výměníku tepla podle vynálezu klesne také z toho důvodu, že při konstantní rychlosti proudů obou chladicích prostředí ve všech řadách tepelných trubic je nejhustší až jejich poslední řada u výstupu proudů chladicích prostředí z výměníku tepla, přičemž všechny ostatní řady tepelných trubic jsou řidší, a proto mají menší hydraulický odpor.

Za výměníkem tepla podle vynálezu vystupuje proud studeného chladicího prostředí do neomezeného okolního prostoru a proud horkého chladicího prostředí do relativně velkého ventilačního průřezu stroje, a to v obou větvích chladicích prostředí rovnoměrně.

Příklad provedení výměníku tepla podle vynálezu je znázorněn na výkresech, kde značí obr. 1 teplotní diagram souproudého výměníku tepla, obr. 2 výměník tepla s postupně se rozšiřujícím průřezem kolmo na směr průchodu proudů obou chladicích prostředí a s postupně

CS 273410 Bl narůstajícím počtem tepelných trubic v rovnoběžných řadách ve směru od vstupu proudů obou chladicích prostředí do výměníku tepla k jejich výstupu z něj v axonometrickém pohledu, a to s otevřenou boční stěnou, obr. 3 rozmístění tepelných trubic, jejichž povrch je rozšířen žebrováním, v jednotlivých rovnoběžných řadách při pohledu ve směru jejich os, a obr. 4 graf vztahu mezi efektivností £ výměníku tepla a poměrem y teplosměnných ploch.

Z obr. 1 je.zřejmé, že u výměníku tepla, obsahujícího svazek tepelných trubic £, nejsou řady tepelných trubic 2 na výstupu proudů obou chladicích prostředí z výměníku tepla využity, nebot teplotní rozdíl Δ to mezi teplotou proudu horkého chladicího prostředí a teplotou proudu studeného chladicího prostředí a přenášený tepelný výkon jsou zde nejmenší. Na diagramu je na vodorovné ose nanesena délková souřadnice vzálenosti £ od vstupu proudů obou chladicích prostředí do výměníku tepla ve směru jeho hloubky £, na svislé ose je nanesen teplotní rozdíl Δ t(x) mezi teplotou proudu horkého chladicího prostředí a teplotou proudu studeného chladicího prostředí v x-té řadě tepelných trubic 2 ve vzdálenosti ž od vstupu proudů obou chladicích prostředí do výměníku tepla, přičemž u počátku souřadnic, tj. v bodě 0, odpovídajícímu vstupu proudů obou Chladicích prostředí do výměníku tepla, je maximální teplotní rozdíl Δ t^ mezi teplotou' proudu horkého chladicího prostředí a teplotou proudu studeného chladicího prostředí na tomto jejich vstupu do nádoby £ výměníku tepla, přičemž na výstupu proudů obou chladicích prostředí z výměníku tepla, tedy v bodě C, který odpovídá hloubce C nádoby £ výměníku'tepla, jak je zřejmé podle obr. 2, je vyznačen minimální teplotní rozdíl Δΐπ mezi teplotou proudu horkého chladicího prostředí a teplotou proudu studeného chladicího prostředí na jejich výstupu z výměníku tepla. Je zde rovněž vyznačen pokles Δΐ^ teploty proudu horkého chladicího prostředí při jeho průchodu od vstupu tfa. nádoby £ výměníku tepla ve směru její hloubky £ a vzrůst Δtg teploty proudu studeného chladicího prostředí ve stejném směru hloubky C nádoby £ výměníku tepla. Plnými křivkami je znázorněn teplotní diagram stávajícího řešení souproudého výměníku tepla konstantního průřezu a čárkovanými křivkami je znázorněn teplotní diagram souproudého výměníku tepla podle vynálezu s postupně se rozšiřující teplosměnnou plochou tepelných trubic 2 ve směru hloubky C nádoby £ výměníku tepla, což je případ kompenzovaného výměníku tepla. Horní křivky diagramu se týkají objemového průtočného množství V_H proudu horkého chladicího prostředí, spodní křivky diagramu se týkají objemového průtočného množství V_g proudu studeného chladicího prostředí. Odtud je zřejmé, že využití tepelných trubic 2 lze i při souproudém uspořádání průchodu proudů obou chladicích prostředí výměníkem tepla zrovnoměrnit, jestliže se teplosměnné povrchy tepelných trubic 2 zvětšují ve směru průchodu proudů obou chladicích prostředí nádobou’£ výměníku tepla. Když se přitom zvětšuje v dalších řadách i počet tepelných trubic £, lze původní charakteristický průběh teplot proudů obou chladicích prostředí v souproudém výměníku tepla, jemuž podle obr. 1 odpovídají plné křivky, změnit na libovolný průběh, například lineární, vyznačený v diagramu čárkovanými křivkami. Přitom může být tepelný výkon, přenášený postupně jednotlivými řadami tepelných trubic 2, rovnoměrný, nebo může klesat, což odpovídá podkompenzovánému výměníku tepla, popřípadě může stoopát, což odpovídá překompenzovanému výměníku tepla.

U výměníku tepla podle vynálezu, vyznačeného na obr. 2, jsou gravitační tepelné trubice 2 upevněny v dělicí desce.£ kolmo na ni, přičemž dělicí deska £ svírá se svislou rovinou £ úhel/3 . Výparný konec\těchto gravitačních tepelných trubic 2 je přitom uspořádán níže než jejich kondenzační konec. Dělicí deska £ je umístěna v nádobě £, navazující na vzduchovgd £ a rozšiřující se lineárně, podobně jako jednostranný plochý difuzor, od vstupu pcoudů obou chladicích prostředí k jejich výstupům, a odděluje větev horkého chladicího prostředí od větve studeného chladicího prostředí. Šířka B. nádoby £ výměníku tepla podle vynálezu je všude stejná. Na obr. 2 jsou vyznačeny jen osy tepelných trubic 2 u krajů jejich svazku, a to v první řadě tepelných trubic 2 a v poslední řadě tepelných trubic

2. U jiných řad tepelných trubic 2 je osa naznačena jen na koncích tepelných trubic 2..

Ve větvi horkého chladicího prostředí je délka úseků tepelných trubic 2 v jejich první řadě na vstupu proudů obou chladicích prostředí do nádoby £ výměníku tepla nejmenší,

CS 273410 81 přičemž délka L^g úseků tepelných trubic 2 v jejich poslední řadě na výstupu proudů obou chladicích prostředí z nádoby 5_ výměníku tepla je největší. Směr průchodu objemového průtočného množství proudu horkého chladicího prostředí je zde znázorněn nahoru směřující první šípkou 2· Rovněž tak ve větvi studeného chladicího prostředí v nádobě 2 výměníku tepla je délka —Sl úseku tepelných trubic 2 v jejich první řadě na vstupu proudů obou chladicích prostředí do nádoby 5_ výměníku tepla nejmenší a délka L^g úseků tepelných trubic 2 v jejích poslední řadě na výstupu proudů obou chladicích prostředí největší. Směr průchodu objemového průtočného množství Vg proudu studeného chladicího prostředí je na obr. 2 znázorněn nahoru směřující druhou šipkou £.

Průchody tepelných trubic 2 dělicí deskou 1. jsou vyznačeny křížky. V místě průchodu dělicí deskou l je žebrování na teplených trubicích 2 odstraněno nebo vytmeleno. Podle toho jsou průchozí otvory v dělicí desce 1_přiměřeně větší, než je vnější průměr hladké válcové plochy tepelných trubic 2, opatřovaných žebry, například radiálními, nebo než je obalový vnější průměr takto provedených ožebrovaných tepelných trubic 2, vztažený na obvod vrcholů žeber.

Proud horkého chladicího prostředí vstupuje do nádoby _5 výměníku tepla podle vynálezu vstupním ventilačním průřezem S^ a vystupuje výstupním ventilačním průřezem S^g větve horkého chladicího prostředí, přičemž proud studeného chladicího prostředí vstupuje do nádoby 5 výměníku tepla vstupním ventilačním průřezem 5θ^ a vystupuje výstupním ventilačním průřezem ^SS2 větve studeného chladicího prostředí. Protože tepelné trubice 2 pracují na Základě působení gravitační síly při stékání kondenzátu ze studené kondenzační části do horké výparné části tepelných trubic 2, je dělicí deska _1 odkloněna od svislé roviny £ výměníku tepla o úhel/3 , který s výhodou činí alespoň 10°.

Z obr. 3 je zřejmé, že v první řadě tepelných trubic 2 na vstupu proudů obou chladicích prostředí do výměníku tepla je jejich počet nejmenší a tento jejich počet u dalších řad tepelných trubic 2 ve směru hloubky £ nádoby £ výměníku tepla, to znamená, ve směru od vstupu proudů obou chladicích prostředí do nádoby £ výměníku tepla k jejich výstupu z ní, narůstá, převážně postupně, až do počtu N- v poslední ň-té řadě tepelných trubic 2 na výstupu proudů obou chladících prostředí z výměníku tepla. Jejich možné rozmístění je na obr. 3 znázorněno ve směru od jedné boční stěny £ nádoby _5 výměníku tepla podle vynálezu. Hodnoty tepelných odporových činitelů *<* a součinitelů přestupu tepla se budou nacházet mezí hodnotami, platnými pro uspořádání tepelných trubic 2 přesazené a řadové. V obou případech je poměrná podélná rozteč

kde je

..... poměrná podélná rozteč mezi tepelnými trubicemi 2 ve směru hloubky C výměníku tepla,

Sg ..... podélná rozteč mezi tepelnými trubicemi 2 ve směru hloubky C výměníku tepla, *

d ..— vnější průměr hladké válcové plochy tepelných trubic 2, v uvažovaném případě ožebrovaných radiálními žebry,

D λ.... obalový vnější průměr ožebrovaných tepelných trubic 2, vztažený na obvod vrcholů jejich radiálních žeber o výšce h, tj. D = d + 2 . h.

CS 273410 Bl

Vlivem klesající poměrné příčné rozteče

IX · d

kde je (Tjj ..... poměrná příčná rozteč mezi tepelnými trubicemi 2 ve směru šířky B, výměníku tepla v x-té řadě tepelných trubic 2 ve vzdálenosti x od vstupu proudů obou chladicích prostředí do výměníku tepla ve směru jeho hloubky C, ^slx ..... příčná rozteč mezi tepelnými trubicemi 2 ve směru šířky B. výměníku tepla v x-té řadě tepelných trubic 2 ve vzdálenosti x od vstupu proudů obou chladicích prostředí do výměníku tepla ve směru jeho hloubky C, mezi tepelnými trubicemi 2 v jejich x-té řadě, tepelný odporový činitel % i součinitel oč přestupu tepla, popřípadě Nusseltovo číslo, porostou nepatrně ve směru průchodu proudů obou chladicích prostředí s druhou a pátou odmocninou z hodnoty poměrné příčné rozteče tepelných trubic 2 v jejich první řadě, jak lze usuzovat ze známých empirických korelací pro obě obecně definované veličiny poměrných roztečí; (7^ a tepelných trubic

2. při zachovaných ostatních veličinách, především stálé rychlosti průchodu proudů obou chladicích prostředí v nejužším místě mezi tepelnými trutíicemi 2. Podle této podmínky se potom určuje počet tepelných trubic 2 v jejich příslušné x-té řadě.

V dalším budou odvozeny vztahy pro rozměrové parametry výměníku tepla podle vynálezu při zadávaných veličinách:

Q ..... přenášený tepelný výkon výměníku tepla,

..... uvažovaný maximální teplotní rozdíl mezi teplotou proudu horkého chladicího prostředí a teplotou proudu studeného chladicího prostředí na vstupu do výměníku tepla,

V_H ..... objemové průtočné množství proudu horkého chladicího prostředí',

Vg ..... objemové průtočné množství'proudu studeného chladicího prostředí,

..... rychlost průchodu proudu horkého chladicího prostředí, a/nebo

S^- ..... celkový ventilační průřez mezi tepelnými trubicemi 2 ve větvi horkého chladicího prostředí ve směru šířky B. výměníku tepla v poslední ň-té.řadě teplených trubic 2 ve vzdálenosti x od vstupu proudu horkého chladicího prostředí do výměníku tepla, rovné právě hloubce C výměníku tepla a související také s výstupním ventilačním průřezem ze stroje.

Součinitel prostupu tepla, který je dán obecným vztahem oóg · íó_H

- —i- J

CS 273410 Bl kde je k ..... součinitel prostupu tepla, vztažený na plochu vnějšího povrchu ožebrovaných tepelných trubic 2 ve větvi horkého chladicího prostředí, o^g ..... součinitel přestupu tepla ve větvi studeného chladicího prostředí, oí,_H ..... součinitel přestupu tepla ve větví horkého chladicího prostředí,

L_g ..... délka úseků tepelných trubic 2,ve větvi studeného chladicího prostředí,

..... délka úseku tepelných trubic 2 ve větvi horkého chladicího prostředí, bude v celém prostorovém rozsahu nádoby 5_ výměníku tepla podle vynálezu zhruba konstantní, když budou součinitelé <í> _g a cL _H přestupu tepla z vnějšího povrchu tepelných trubic 2 konstantní, tj. když bude rychlost Vg průchodu proudu studeného chladicího prostředí i rychlost v^ průchodu proudu horkého chladicího prostředí konstantní a když bude poměr délky Lpj- úseku tepelných trubic 2 ve větvi horkého chladicího prostředí k délce Lg- úseku tepelných trubic 2 ve Větvi studeného chladicího prostředí v příslušné x-té řadě tepelných trubic 2 konstantní, tedy když bude pro poměr délky L^ úseku tepelných trubic 2 ve větvi horkého chladicího prostředí k délce L_g^ úseku tepelných trubic 2 ve větvi studeného chladicího prostředí v jejich první řadě, uspořádané na vstupu proudů obou chladicích prostředí do výměníku tepla, a pro poměr délky L^ úseků tepelných trubic 2 ve větvi horkého chladicího prostředí k lélce Lg£ úseků tepelných trubic 2 ve větvi studeného chladicího prostředí v jejich poslední ň-té řadě, uspořádané na výstupu obou proudů chladicích prostředí z výměníku tepla podle vynálezu, platit vztah ^LH1 _ ^LH2 .

^LS1 ^LS2

Pokud je například dán počet N- tepelných trubic 2 v jejich uvažované x-té řadě a pokud je v této x-té řadě dána velikost příčné rozteče s^- mezi tepelnými trubicemi 2 ve směru šířky B. výměníku tepla, je konstantní celkový ventilační průřez S^- mezi tepelnými trubicemi 2 ve větvi horkého chladicího prostředí v jejich x-té řadě dán vztahem ^SH5 ÍJ ' · <^slř - <·> · l-Hx (!-»«· · <-Bx * ^k»^st·' <» kde je

Sg- ..... celkový ventilační průřez mezi tepelnými trubicemi 2 ve větvi horkého chladicího prostředí ve směru šířky B výměníku tepla v x-té řadě tepelných trubic

2. ve vzdálenosti x od vstupu proudu horkého chladicího prostředí do výměníku tepla ve směru jeho hloubky C,

N- počet tepelných trubic 2, v jejich x-té řadě, *Ήχ ···· délka úseků tepelných trubic 2. ve větvi horkého chladicího prostředí v jejich x-tá řadě, d_g ..... efektivní průměr ožebrovaných tepelných trubic 2_r který je dán vztahem

CS 273410 Bl

kde je <f..... tloušťka žeber, h ..... výška žeber, t ..... rozteč žeber na tepelné trubici 2.

Rostoucí tepelná vodivost gj- ve větvi horkého chladicího prostředí v příslušné x-té řadě tepelných trubic 2 ve směru od vstupu proudů obou chladicích prostředí do výměníku tepla k jejich výstupu z něj je dána vztahem ⁹lx = N- . k . Aj . L_h-, kde je ... „...„„,________________________ gjjj ..... tepelná vodivost ve větvi horkého chladicího prostředí v x-té řadě tepelných trubic 2,

Aj ..... povrch ožebrované tepelné trubice 2, vztažený na její jednotkovou délku.

Na jedné x-té řadě tepelných trubic 2, se přenese tepelný výkon ^x ⁼ n ^{= 9}lx · ^{Δΐ(ί) = 9}lx

At. - ( At. - at,) . kde je

Q- přenášený tepelný výkon na jedné x-té řadě tepelných trubic 2, ň ..... počet řad tepelných trubic 2_ výměníku tepla ve směru jeho hloubky C, pro který obecně platí .

C C ň = — = --- .

ď + 2 , li at(x) .... teplotní rozdíl mezi teplotou proudu horkého chladícího prostředí a teplotou proudu studeného chladicího prostředí v x-té řadé tepelných trubic 2 ve vzdálenosti x od vstupu proudů obou chladicích prostředí do výměníku tepla ve smě tu jeho hloubky C,

Atn .... uvažovaný minimální teplotní rozdíl mezi teplotou proudu horkého chladicího prostředí a teplotou proudu studeného prostředí v poslední π-té řadě tepelných trubic 2 na výstupu z výměníku tepla,

CS 273410 Bl x ..... vzdálenost šě-té řady tepelných trubic 2 od vstupu proudů obou chladicích prostředí do výměníku tepla ve směru jeho hloubky £, £ ..... hloubka výměníku tepla, přičemž se v přiměřeném zjednodušení předpokládá že se hodnota maximálního teplotního rozdílu At^ mezi teplotu proudu horkého chladicího prostředí a teplotou proudu studeného chladicího prostředí na vstupu do výměníku tepla mění ve směru hloubky C výměníku tepla na hodnotu minimálního teplotního rozdílu Atg mezi teplotou proudu horkého chladicího prostředí a teplotou proudu studeného chladicího prostředí na výstupu z výměníku tepla lineárně, jak je na obr. 1 vyznačeno čárkovaně.

Pomocí dříve uvedeného vztahu pro tepelnou vodivost g^- ve větvi horkého chladicího prostředí v dané x-té řadě tepelných trubic 2 a pomocí rovnice (1), upravené pro délku L^- úseků tepelných trubic 2 ve větvi horkého chladicího prostředí v x-té řadě tepelných trubic 2, se získá pro počet N- tepelných trubic 2 v této jejich x-té řadě vtah át1-0---)

At (2) který představuje nelineární závislost. Pokud se volí poslední ň-tá řada tepelných trubic 2 α počtu ^Nň ⁼ v jejich nejtěsnějším uspořádání, vychází s využitím rovnice (1) délka úseků tepelných trubic 2, ve větvi horkého chladicího prostředí v této jejich poslední π-té řadě, uspořádané na výstupu proudů obou chladicích prostředí z výměníku tepla, podle vztahu ^H2 ³B5 kde je

S^- .... celkový ventilační průřez mezi tepelnými trubicemi'2 ve větvi horkého chladicího prostředí ve směru šířky B. výměníku tepla v poslední ň-té řadě tepelných trubic 2_ ve vzdáleností x od vstupu proudu horkého chladicího prostředí do výměníku tepla ve směru jeho hloubky C, kde tato vzdálenost x je uvažována jako právě rovna hloubce C výměníku tepla, a z rovnice (2) pro vzdálenost se poslední ň-té řady tepelných trubic 2, od vstupu proudů obou chladicích prostředí do výměníku tepla, rovnou právě jeho hloubce C, lze potom stanovit celkový počet n řad tepelných trubic 2 ve výměníku tepla podle vynálezu

CS 273410 Bl (3) •

Q η β ·»k ·

CD - V ^stíň ’ ^Δΐ2

S využitím rovnice (2) pro počet N- tepelných trubic 2. v jejich x-té řadě, pro kterou ve vztahu rozměru výměníku tepla ve směru jeho hloubky C a celkového počtu ň uspořádaných řad tepelných trubic 2_ obecně platí •

X X - 1 “ “ Z-» c a - 1 lze odvodit vztah

NX d - a„

B d„ (4)

- (1

Zit a odtud tedy například pro počet tepelných trubic 2, v jejich první řadě, uspořádané na vstupu proudů obou chladicích prostředí do výměníku tepla platí

B a

přičemž pro délku úseků tepelných trubic 2 ve větvi horkého chladicího prostředí v jejich první řadě platí

H1

Atj

At.

Dosud nevyjádřený minimální teplotní rozdíl At^ mezi teplotou proudu horkého chladicího prostředí a teplotou proudu studeného chladicího prostředí na výstupu z výměníku tepla se určí podle vztahu *

4t. - — - — ^At2 ^CH ^CS

At

At (5)

CS 273410 Bl kde je ζ, ..... efektivnost výměníku tepla,

C_H ..... tepelná kapacita proudu horkého chladicího prostředí, i, lp|iplnrt knpnctlA pi-iiinlii a I ιιιΙηιιι’Ιιιι t:h 1 ml i i: fliti |H-tia třetí ί,

J⁴ ..... poměr topolnó kopacity C|.| proudu horkého chladicího pvustřodí k topolné kapacitě Cg proudu studeného chladicího prostředí

přičemž ofektlvnost č výměníku tepla jo dána vztahem í-T-á—, ^Δί1 · ^CH s tím, že tepelná kapacita Cp proudu horkého chladicího prostředí se určí podle vztahu ^CH ⁼ · ^cpH · —H ’ kde je

..... měrná hmotnost horkého chladicího prostředí, ^cpll *··· měrná tepelná kapacita proudu horkého chladicího prostředí, □ tepelná kapacita Cg proudu studeného chladicího prostředí se určí podle vztahu

kde je ^g ..... měrná hmotnost studeného chladicího prostředí, c_pg ..... měrná tepelná kapacita proudu studeného chladicího prostředí, a pokud platí obvyklá podmínka, že hodnota tepelné kapacity C^ proudu hořkého chladicího prostředí je menší než hodnota tepelné kapacity Cg proudu studeného chladicího prostředí.

Protože byl v předchozím uvažován lineární pokles teplotního rozdílu At(x) mezi teplotou proudu horkého chladicího prostředí a teplotou proudu studeného chladicího prostředí od maximálního teplotního rozdílu At^ na vstupu proudů obou chladicích prostředí do výměníku tepla k minimálnímu teplotnímu rozdílu At^ na jejich výstupu z výměníku tepla, je možné stanovit střední hodnotu teplotního rozdílu A t mezi teplotou proudu horkého chladicího prostředí a teplotou proudu studeného chladicího prostředí podle vztahu

Q At₁ + Atg y -k . A_h

At,

CS 273410 01 kde je

..... celková teplosměnné plocha vnějšího povrchu ožebrovaných tepelných trubic 2 ve větvi horkého chladicího prostředí u souproudého výměníku tepla podle vynálezu, rozšiřujícího se ve směru jeho hloubky C od vstupu proudů obou chladicích prostředí do výměníku tepla k jejich výstupu z něj, přičemž u předchozího vztahu je výraz v jeho prvním jmenovateli, vyjadřující součin součinitele k prostupu tepla, vztaženému na plochu vnějšího povrchu ožebrovaných tepelných trubic 2 ve větvi horkého chladicího prostředí, a celkové teplosměnné plochy vnějšího povrchu ožebrovaných tepelných trubic 2 ve větvi horkého chladicího prostředí u výměníku tepla podle vynálezu dán vztahem (6) kde je

.... celková délka úseku všech tepelných trubic 2 ve větvi horkého chladicího prostředí, pro kterou platí

n.,

ř. i “s ·

S využitím uvedeného vztahu pro celkovou délku úseků všech tepelných trubic 2 uspořádaných ve výměníku tepla podle vynálezu ve větvi horkého chladicího prostředí, dále s využitím rovnice (1) pro délku L^- úseků tepelných trubic 2 ve větvi horkého chladicího prostředí v jejich příslušné x-té řadě, dále s využitím rovnice (4) při nahrazení výrazu

a rovněž s využitím rovnice (5) pro poměr maximálního teplotního rozdílu Át^ mezi teplotou proudu horkého chladicího prostředí a-teplotou proudu studeného chladicího prostředí na vstupu do výměníku tepla k minimálnímu teplotnímu rozdílu Δ tp mezi teplotou proudu horkého chladicího prostředí a teplotou proudu studeného chladicího prostředí na výstupu z výměníku tepla, se ziská pro celkovou dělu Σ t__H úseků všech tepelných trubic 2 ve větvi horkého chladicího prostředí vztah

X B 1 £ · (1 + « (x “ D

1--2n - 1 (7)

V případě, že je třeba stanovit celkovou délku Σ Lg úseků všech tepelných trubic 2 ve větvi studeného chladicího prostředí, vychází se z dříve uvedeného poměru

CS 273410 Bl ^LH1 = ^UH2 = hh .1 ^LS1 ^LS2 ^LS odkud pak pro celkovou délku X L_g úseků všech tepelných trubic 2 ve větvi studeného chladicího prostředí přiměřeně platí

Σλ₅ = 'jb Σ l_h>

Jak je z rovnice (6) patrno, platí pro dříve uvedený součin součinitel k prostupu tepla a celkové teplosměnné plochy A^ vnějšího povrchu ožebrovaných tepelných trubic 2, vo včtvl horkého chladicího prostředí, vztažený na tepelnou kapacitu proudu horkého chladicího prostředí, vztah *•*1 * — ...... ...1.1.1.1.

zatímco v případě dosud užívaného řešení souproudého výměníku tepla, nerozšiřujícího se ve směru jeho hloubky od vstupu proudů obou chladicích prostředí do výměníku tepla k jejich výstup'u z něj, je tento výraz definován známým vztahem ^k * ^HS ln

- £ . (1 + J<) - 1 + /<

kde je

A^_g ..... celková teplosměnné plocha vnějšího povrchu ožebrovaných tepelných trubic ve větvi horkého chladicího prostředí u známého porovnatelného řešení souproudého výměníku tepla, nerozšiřujícího se ve směru jeho hloubky od vstupu proudů obou chladicích prostředí od výměníku tepla k jejich výstupu z něj.

Porovnáním těchto výrazů lze definovat poměr J£.gp celkové teplosměnné plochy A_Hg vnějšího povrchu ožebrovaných tepelných trubic ve větvi horkého chladicího prostředí dosud užívarféhclřešení souproudého výměníku tepla, nerozšiřujícího se ve směru jeho hloubky od vstupu proudů obou chladících prostředí do výměníku tepla k jejich výstupu z něj, vůči celkové teplosměnné ploše A^ vnějšího povrchu ožebrovaných tepelných trubic 2 ve větvi horkého chladicího prostředí u souproudého výměníku tepla podle vynálezu

- [i - ---·ζ ^tJ,)] . la [1 - € . O .H (8)

CS 273410 Dl

Na obr. 4 je vyznačena obecná závislost poměru Ocelkových teplosměnných ploch ožebro váných tepelných trubic 2. ve větvi horkého chladicího prostředí na poměru £ tepelných kapacit proudů obou chladicích prostředí a efektivnosti ř výměníku tepla, odkud je zřejmé, že hodnota poměru iřg_p podle rovnice (8) je větší než jedna, což znamená, že u řešení souproudého výměníku tepla podle vynálezu dojde při stejném přenášeném tepelném výkonu k úspo re materiálu gravitačních tepelných trubic 2 oproti stávajícím porovnatelným řešením souproudého výměníku tepla. K určité úspoře materiálu tepelných trubic 2 lze u souproudého výměníku tepla podle vynálezu dospět i vůči známým řešením protiproudého výměníku tepla, jak je názorně vyznačeno na obr. 4 čárkovanými křivkami pro poměr £_pp celkové teplosměnné plochy A_Hp vnějšího povrchu ožebrovaných tepelných trubic ve větvi horkého chladicího prostředí porovnatelného užívaného řešení protiproudého výměníku tepla, nerozšiřujícího se vo směru jeho hloubky, tedy ve smyslu průchodu protiběžných proudů obou chladicích prostředí, vůči celkové teplosměnné ploše A^ vnějšího povrchu ožebrovaných tepelných trubic 2 ve větvi horkého chladicího prostředí u souproudého výměníku tepla podle vynálezu. Toto tvr/oní so opírá o rovnici (9) «· £ .

. In1 - s . (?)

Jpp ^-;-»

A_h £ . (1 -J.) kde je

A|||, ..... celková luploaiiiĎnná plochu vnějšího povrohu ožebrovaných tepelných trubic vo větvi horkého chladicího prostředí u známého porovnatelného řešení protiproudého výměníku tepla, nerozšiřujícího se ve směru jeho hloubky, tj. ve smyslu průchodu protiběžných proudů obou chladicích prostředí výměníkem tepla.

Claims (2)

1. Výměník tepla s gravitačními tepelnými trubicemi, u něhož tepelné trubice mají rozšířený povrch a jsou umístěny výparným koncem ve větvi horkého chladicího prostředí a kondenzačním koncem ve větvi studeného chladicího prostředí, vyznačující se tím, že délka tepelných trubic (2) a jejich počet v rovnoběžných řadách se zvětšuje směrem k výstupům proudů obou chladicích prostředí.

2. Výměník podle bodu 1, vyznačující, se tím, že tepelné trubice (2) jsou upevněny v dělicí desce (1) kolmo na ni, dělicí deska (1) svírá se svislou rovinou (4) úhel (β), přičemž výparný konec tepelných trubic (2) ve větví horkého chladicího prostředí je umístěn níže než jejich kondenzační konec ve větvi studeného chladicího prostředí, a dělicí deska (i) je umístěna v nádobě (5), rozšiřující se ve směru od vstupu proudů obou chladicích prostředí l< jejich výstupům, a odděluje větev horkého chladicího prostředí od větve studeného chladicího prostředí.